在 c++ 中展平一个多维向量

Question

我想在 c++ 中编写一个通用的 function 来展平所提供的任何多维向量。 该方法的签名如下：

template <class U, class T>
void flatten(U* out, T& inp, int* dims, int n){
  // out is the flattened output
  // inp is some multidimensional vector<vector...<U>>
  // dims is an array of the dimensions of inp
  // n is the number of dimensions of inp
  int ticker[n];
  int prodLimit = 1;
  int prod = 0;
  
  // calculate prodLimit as product of elements in dims and initialize ticker
  for (int i=0; i<n; i++){
    ticker[i] = 0;
    prodLimit *= dims[i];
  }
  
  while (prod < prodLimit){
    
    // access the current element in inp
    {...}

    // update ticker
    for (int i=n-1; i>0; i++){
      if (ticker[i] == dims[i]){
        ticker[i] == 0;
        ticker[i-1] += 1;
      }
    }
    prod += 1;
    out[prod] = correctElementIn_inp;
  }
}

除了访问多维向量inp的特定组件外，大多数操作都很简单。 由于维度是先验未知的，我在 while 循环中创建了一个大小为n的数组来处理每个维度的计数器并正确更新它。 现在剩下的唯一问题是使用代码访问向量中的正确元素。

例如，假设以下内容成立：

#include <vector>

typedef std::vector<std::vector<double>> vec2;
typedef std::vector<std::vector<std::vector<double>>> vec3;

int main(){
  vec2 inp1 = {...};
  vec3 inp2 = {...};
  
  int s1[2] = {2,3};
  int s2[3] = {2,3,4};
  ...

}

现在这个方法应该能够同时处理inp1和inp2 。 有没有一种方法可以递归访问向量元素，而无需为每种情况显式使用向量元素访问运算符。

Answer 1

由于手动管理 memory 并手动传递大小，您的代码不必要地复杂。 当您使用std::vector时，两者都已过时。 即使您确实想要一个原始 C 数组作为结果，您仍然可以使用std::vector并稍后将其内容复制到正确分配的 C 数组。 我会使用递归方法：

#include <vector>
#include <iostream>

template <typename E,typename X>
void unroll(const std::vector<E>& v,std::vector<X>& out){
    std::cout << "unroll vector\n";
    out.insert(out.end(), v.begin(), v.end());
}


template <typename V,typename X>
void unroll(const std::vector<std::vector<V>>& v,std::vector<X>& out) {
    std::cout << "unroll vector of vectors\n";
    for (const auto& e : v) unroll(e,out);
}


int main() {
    std::vector<std::vector<std::vector<int>>> x;
    std::vector<int> y;
    x.push_back({{1,2,3},{4,5,6}});
    x.push_back({{7,8,9}});
    unroll(x,y);
    for (const auto& e : y) std::cout << e << " ";
}

Output :

unroll vector of vectors
unroll vector of vectors
unroll vector
unroll vector
unroll vector of vectors
unroll vector
1 2 3 4 5 6 7 8 9 

有没有一种方法可以递归访问向量元素，而无需为每种情况显式使用向量元素访问运算符。

向量元素存储在连续的 memory 中，因此您可以通过其data()使用指针算法。 但是， std::vector<std::vector<int>>不会将int存储在连续的 memory 中。只有内部向量元素是连续存储的，而每个内部向量都会在堆上“某处”分配元素。 没有访问x[0][0][0]而不访问x[0][0]的捷径。 实际上，如果您想首先使用嵌套向量，我建议您重新考虑。

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PS：我有点作弊；）。 我希望在将元素推送到它之前首先计算out的总大小会更好，就像您在代码中所做的那样。 为简洁起见，上面省略了它。 可以使用与上述代码类似的递归来完成。 不是 push to out你会累积一些size直到你到达第一个非向量元素类型。 然后为out预留足够的空间，然后才运行填充out的实际递归。

Answer 2

如果您可以访问 C++20 编译器，我会递归地使用std::ranges::views::join来制作完全扁平化的视图。 然后您可以迭代此平面视图而无需复制任何内容。

using namespace std::ranges;

template<typename R>
concept nested_range = input_range<R> && range<range_reference_t<R>>;

struct flatten_t
{
    template<nested_range R>
    auto operator()(R && r) const
    {
        return std::forward<R>(r) | views::transform(*this) | views::join;
    }
    
    template<typename T>
    auto operator()(T && t) const
    {
        return std::forward<T>(t);
    }
};

template<typename T>
auto operator |(T && t, flatten_t f)
{
    return f(std::forward<T>(t));
}

constexpr flatten_t flatten;

int main() {
    std::vector<std::vector<std::vector<int>>> x;
    x.push_back({{1,2,3},{4,5,6}});
    x.push_back({{7,8,9}});
    for (const auto& e : x | flatten) std::cout << e << " ";
}